區塊鏈理念下圖書館信息化服務探析

田麗梅

(渤海大學圖書館，遼寧錦州 121000)

1 引言

區塊鏈的誕生，標志著人類開始構建真正可以信任的互聯網。它以其全程留痕且需要集體維護的去中心化特征，有著廣闊的應用前景。2019年10月24日，習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習中強調：“把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”“加快推動區塊鏈技術和產業創新發展”。[1]同年12月2日該術語入選《咬文嚼字》2019年十大流行語，成為社會公眾關注的焦點。圖書館作為公共服務領域中的一個重要組成部分，區塊鏈技術的出現必然備受關注，它顛覆了圖書館傳統服務理念與模式，為新一輪發展賦予了新動能。區塊鏈技術的誕生，構建了網絡中點對點之間最可靠的信任，加密了圖書館和用戶以及信息資源、知識資源之間的關聯，重構了圖書館技術底層基礎，提高了價值交互的效率、降低了維護成本，讓圖書館更有想象空間。

2 區塊鏈技術的發展背景

2.1 區塊鏈概念綜述

區塊鏈(Block Chain)最早出現于2008年次貸危機的末期，最初以比特幣的基礎技術進入人們視線。中本聰的《比特幣：一種點對點的電子現金系統》一文催生了比特幣，標志著人類社會貨幣體系的進步。比特幣采用公開的分布式賬本設計理念，真正擺脫了第三方機構的制約。[2]區塊鏈技術(Blockchain Technology)也稱分布式賬本技術，是一種將分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等技術交匯并應用于信任傳遞、分布和價值管理中的數據庫技術。從核心本質看，區塊鏈可以理解為是一種嵌入時間屬性、實現人人參與、憑借自身結構完成技術統一的去中心化基礎架構或分布式計算范式。它具有信息穩定性強，信度高，數據開放性廣的特點，可滿足各種數據錄入需求。從應用層面看，盡管區塊鏈技術發軔于金融領域，但它以其全程留痕且需要集體維護的去中心化特征，在公共管理、公共服務領域等行業也開始大展身手。

2.2 區塊鏈的設計思想

區塊鏈技術的革命性在于它提供了一種全新的信任機制，可以通過技術層面構建一個高效可靠的價值傳輸系統，在價值交互過程中轉變人與人的信任關系為人與技術的信任，進而推動互聯網成為構建社會信任的網絡基礎，降低商業活動成本，最終實現價值的有效傳遞。

2.2.1 經濟層面的設計思想

經濟基礎決定上層建筑，成本問題是所有商業活動的瓶頸問題，因此降低成本是區塊鏈技術設計思想的初衷和根本所在。在區塊鏈體系中，交易信任由機器和算法自動執行操作。參與者通過密碼學原理確定身份，依靠共識機制確立相互間的信任，利用可編程的智能合約，執行雙方所達成的契約，實現了“弱中心化”的特性，有效地降低了交易成本，提高交易效率。

2.2.2 技術層面的設計思想

區塊鏈以其多方參與記錄數據、共同維護分布式數據存儲系統、不可篡改鏈式存儲數據與合約的特點成為各種商業行為和組織機構的基礎技術架構。區塊鏈技術通過共識機制、密碼學原理和分布式數據存儲使所有參與者能夠實現信息共享、共識、共擔，其優勢顯而易見。[3]

2.3 區塊鏈技術在圖書館界的發展背景

區塊鏈提供了一種新型的社會信任機制，無論在優化業務流程、降低運營成本還是提升協同效率方面都取得了顯著成果，為公共服務和社會機制優化的發展奠定了新基石。國內外圖書館界以此為契機，積極研究區塊鏈技術在圖書館服務理念上的創新應用。在杜均著的《區塊鏈+：從全球50個案例看區塊鏈的應用與未來》案例點評中：美國圖書館界在區塊鏈技術應用于圖書館業務研究方面身先士卒，美國政府于2017年11月為美國博物館與圖書館服務研究所給予財政支持十萬美金，用于探索區塊鏈技術在圖書館數字管理方面的應用。同年12月，圣何塞州立大學信息學院收到了來自博物館和圖書館服務協會的10萬美元資助，用于為期一年的信息服務領域區塊鏈應用項目。[4]我國區塊鏈的場景應用也不甘示弱，2017年9月19日，國內第一家旨在促進區塊鏈應用落地，助力創新創業為主題的“前海區塊鏈圖書館”正式揭牌成立。圖書館界依托大量的實踐性探索，分析出區塊鏈技術的潛在用途：通過構建增強型元數據檔案庫以幫助圖書館擴展服務范圍，制定支持社區館藏的協議以及促進數字版權高效管理等。[5]區塊鏈技術以其顯著的優勢在圖書館服務領域必將獨占鰲頭。

3 區塊鏈技術在圖書館服務中的應用價值分析

區塊鏈是交易的業務邏輯載體，交易通過非對稱加密公私鑰驗證后，按時間序列化區塊數據，只對添加有效，利用核心共識算法和冗余的數據存儲方式將整個網絡形成一個最終確定狀態。區塊鏈基于分布式數據庫存儲，其運作機制是通過拜占庭容錯確保分布式數據庫的一致性，以時間序列鏈式數據塊結構為基礎，利用拓撲原理實現所有節點互為冗余備份，最終采用密碼學的公私鑰管理體系來管理賬戶進而實現確保數據唯一、不可篡改以及可追溯性。[6]區塊鏈以去中心化、不可篡改、時序穩定以及可溯源等特點深得各行各業青睞。圖書館作為公共服務領域的重要組成部分，其管理模式與區塊鏈技術同屬信息管理系統范疇，具有天然的協同效應。二者珠聯璧合，形成以區塊鏈為底層支撐技術，實現圖書館資源數據化、系統智慧化，服務全域化、管理智能化，加快推動圖書館服務的智慧化發展。

區塊鏈的核心技術由四個模塊組成，即P2P網絡協議、分布式一致性算法與共識機制、加密簽名算法以及智能合約。它們在各個應用場景中發揮著數據存儲、數據處理、數據安全以及數據應用的作用。

3.1 P2P點對點分布式數據技術賦能圖書館數據存儲

點對點即peer-to-peer，簡稱P2P，它隸屬于覆蓋層網絡(Overlay Network)范疇，是一種能夠使計算機之間不經過中繼設備直接完成數據交換或服務的對等網絡模型。它是區塊鏈的最底層模塊，負責數據的網絡傳輸、節點發現以及交易維護。其目標是讓所有的客戶端同時具備服務器端的功能，能提供帶寬、存儲空間和計算能力等資源。[7]P2P可在多節點上復制數據，提升了故障防御能力。各節點可避開中心索引服務器直接發現數據，防止單點崩潰造成數據紊亂，這一特性使網絡信息的共享和交互變得更輕松、更直接，真正的實現了去中心化。去中心化結構體系能夠實時記錄數據信息，并在每個參與數據存儲的網絡節點中更新，提高了數據庫的安全性和穩定性。圖書館可利用P2P分布式數據存儲模式來維護數字管理平臺，將所有數據資源按照分布式節點方式進行傳播和維護，減輕用戶對圖書館的依賴程度，實現圖書館從信息傳播者到組織管理者的華麗轉身。P2P分布式技術帶領圖書館進入一個全方位、高效處理、一體化結構的全新服務管理模式。

3.2 分布式一致性算法與共識機制賦能圖書館數據處理

計算機技術的應用與圖書館的發展結下了不解之緣，其每一次進步都會使圖書館的數據資源與服務產生巨大的變革。計算機應用經歷了單點應用到冷災備，隨之發展為以負載均衡和路由技術為支撐的異地多活，過渡到以Paxos和Raft非拜占庭容錯算法以及PBFT共識算法為主的分布計算領域。相應之圖書館經歷了單項借還業務到集成知識服務直至如今全新的海量信息資源共享服務，其每一次變革都對計算機技術產生更高的要求。[8]目前，區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，其開放共識技術與大數據技術珠聯璧合為圖書館發展創造無窮動力。分布式一致性算法與共識算法一脈相承：一個分布式系統的核心工作是保證集群中所有節點中的數據完全相同并且能夠對某個提案(Proposal)達成一致，而共識算法就是用來保證分布式系統一致性的方法。區塊鏈的共識機制通過節點間共同認定后確定交易信息，達成認可協議后完成交易。圖書館服務本質上是服務與被服務關系，準確的說是知識互換互傳、達成共識的關系。區塊鏈分布式一致算法的使用，控制節點間傳遞、匹配、管理數據信息，實現了數據資源公開、透明、可追溯的架構設計方法，提升了圖書館加強讀者互動、打造交流平臺的能力，智慧化了圖書館知識服務的環境。

3.3 加密簽名算法賦能圖書館數據安全

為了防止發送節點信息和數據被惡意偽造或篡改，區塊鏈引用密碼學數字簽名技術對分布式數據庫中的底層數據進行統籌安排。密碼學中的哈希函數將發送節點信息數據加密生成哈希值，并利用發送節點的私鑰對哈希值進行數字簽名，最后將信息數據、數字簽名和公鑰一起給發送給接收節點完成交易。哈希值也被稱為摘要，哈希算法可將任意大小的信息數據生成一個固定長度的哈希值，主要用來校驗信息數據是否被篡改，一旦輸入數據發生變化，哈希值的校驗就會失效。這樣的特點注定了鏈上的信息數據具有超強的抗篡改性。[9]區塊鏈全透明的實現過程讓其內部的執行規則和數據信息清晰明了，數據信息通過節點中數字簽名技術完成節點間的匹配與驗證最終實現交換，整個過程通過非對稱加密方式保證數據傳輸和訪問的安全，利用哈希值驗證數據歸屬，確保了圖書館信息資源傳播與分享的安全性，提升了圖書館資源服務的價值，助力圖書館智慧化服務建設。

3.4 智能合約技術賦能圖書館數據應用

區塊鏈通過智能合約來實現數據的執行與應用功能。信息數據嚴格依據時間戳的先后順序在各個節點上生成并存儲，具有時序穩定，數據不可篡改的特點。這一核心技術應用到圖書館智慧化服務中，自動判斷預先存儲信息的設定狀態、轉換規則以及觸發合約執行的條件，在去中心化機構的保障下執行智能合約程序，保證了圖書館信息共享與存儲的安全性能，提升了讀者利用海量資源的效率，開發了讀者之間穩定且自由的信息交換編程模式。[10]

總而言之，區塊鏈的四大核心技術在圖書館的智慧化、智能化服務中發揮著極大的作用，它們互相聯系，彼此制約，共同見證了以區塊鏈為基礎的智慧化圖書館發展模式，期待區塊鏈給圖書館帶來更大的驚喜。

4 區塊鏈技術在圖書館服務中的應用

4.1 文獻采購

作為繼大數據、人工智能之后又一個熱門信息話題，區塊鏈技術在圖書館采購供應鏈環節炙手可熱。與傳統互聯網技術相比，去中心化和不可篡改的特點極大限度地解決了網絡數據共享時所暴露出的信任成本問題。它是一種新型的底層架構技術，可根據文獻采購供應鏈的功能需求，在網絡中建立去除人為主觀判斷的信任機制，完成安全認證的信息交換。

4.1.1 區塊鏈技術提高圖書館文獻采購效率

區塊鏈的去中心化和不可篡改的特性將成為圖書館向用戶提供高效率文獻采購服務的突破口。首先，它可以幫助圖書館優化文獻采購方式。在文獻采購程序中，大量資源需要進行信息印證：如公開招標程序中，投標文件近一半的內容是投標企業的資質認證，而且全部需要加蓋公章進行信息確認，程序十分冗余，降低采購效率。“區塊+鏈+時間戳”的數據結構為數據追蹤和信息防偽打開了綠色通道，它構建了一套完整的協議機制，即：讓每個節點都參與數據處理并完成節點信息同步更新，允許節點在進行記錄的同時驗證其他節點信息的正確性，可去除第三方權威機構對信息的背書，提高參與方達成信任共識的效率。投標企業以節點信息作為存在性證明，形成不可篡改的證據，大大減少了文獻采購過程中因信息不對稱而造成經濟效率的損失。當然每個節點上所存儲的信息要保證周密的安全性，一旦泄密，必將進行舉證和追責。其次，能夠幫助讀者在海量的信息源中獲取可靠信息做出準確的判斷從而完善讀者服務流程。隨著讀者閱讀方式的轉變，讀者決策采購(Patron Driven Acquisition，PDA)被越來越多的圖書館所采納，它是一種按需采購模式，即圖書館依據讀者對信息源的實際需求以及利用情況來制定購買計劃[11]。這種基于讀者需求的文獻資源建設模式要求圖書館文獻采購供應鏈的渠道要多樣性，設計要持續優化，過程要高度透明。區塊鏈技術將供應鏈中的文獻來源、出版信息、時間戳、推薦人、采購人以及采購方式等記錄進行實時跟蹤，并提供映射表格和安全信息交換平臺，為海量數據資源實現共享提供了重要的技術手段。

4.1.2 區塊鏈技術打造圖書館文獻采購新模式

(1)構建信息共享平臺

文獻采購監管部門、采購人以及供應商將文獻采購的線上、線下交易數據添加在以區塊鏈技術為底層構架的信息共享平臺中存儲，該平臺同時具備點對點數據資源共享和信息資源中心兩大優勢，通過非對稱加密技術保護數據擁有者的私密性(即匿名性特點)，提高大數據模型下的數據安全。具有較強的穩定性，可兼顧多部門、各級別間的數據共享，利用去中心化特征降低信任成本，實現數據備份并可追溯，大大提高了文獻采購行業信息的范圍和效率。

(2)分析挖掘數據價值

目前，圖書采購行業數據挖掘的潛力巨大，就圖書館而言，對公開的交易信息進行深度挖掘，可以有效提高經費預算編制的科學性，避免“天價采購”“惡意低價”事件發生；對參與投標的供應商進行數據挖掘，可以分析出潛在的“圍標串標”行為；對采購者和供應商雙方的成交數據進行挖掘，可以防范權力尋租和利益輸送，對“未病先防”的內部控制和“有腐必反”的廉政建設都有積極意義。

4.2 版權保護

開放、互聯、共享已經成為當今社會知識信息發展的主流方向。目前，知識產權正以相互融合的態勢高速發展。從國家版權局獲悉，2018全國著作權登記總量達3457338件，相比2017年的2747652件，同比增長25.83%。[12]作為海量信息資源的集散地——圖書館自然會把數字版權管理當做焦點問題進行處理。開放的網絡數字環境、多樣化的數字傳播方式、爆炸性增長的數字作品內容與形式等因素無疑給圖書館實現數字版權管理帶來了巨大的挑戰。我國互聯網數字文化產業規模不斷擴大，但是產權保護意識稍遜風騷，盜版橫行，創作人存在確權難、舉證維權難和產權交易難的痛點，圖書版權問題也成了限制數字圖書館發展的瓶頸問題。面對大型的分布式互聯網絡，圖書館可借助區塊鏈的數據庫技術、互聯網技術和加密技術解決數字資源下載和傳播過程中所遇到的知識產權保護問題。知識產權在區塊鏈核心技術的庇護下，可實現永久保存、不可篡改且可被追溯，真正實現了讓分布在世界各地的參與節點共同來維護和管理知識產權秩序的愿景。

4.2.1 資源建設中的知識產權問題

為順應讀者閱讀方式的改變，圖書館加大對數字資源建設的投資力度，自然知識產權問題層出不窮，首先表現在資源開放獲取方面，尖端的數字技術與開放的網絡環境使得不同類型的作品相互交錯、權利人的創作技術相互糅雜，許多資源的知識產權關系不明確，導致開放獲取所得到的版權內容缺乏權利主體的真實性，一度使圖書館在資源建設過程中的確權環節陷入困境。其次，在圖書館特色資源建設中也存在著相應的問題，“互聯網+”的網絡環境促使用戶生成越來越多的高價值知識資源，但由于缺乏可回溯的知識產權關系證明，相關資源或素材無法被納入到圖書館資源建設范疇內，對圖書館資源建設產生了局限性。區塊鏈的加密簽名算法將文化產品的原創作者、內容、創作時間等相關信息加密成固定長度的字符串，通過網絡插件對目標網頁進行截圖和源碼獲取，同時產生操作日志和記錄調用時間，并將內容打包運算為哈希值后，上傳至FACTOM區塊鏈進行電子數據保存。此過程明確了著作權、商標和專利權的歸屬，解決了權利人的知識產權關系證明問題，使圖書館資源建設中的知識產權清晰明了，降低了資源建設的成本，增強了針對性和有效性，完善了資源建設體系。[13]

4.2.2 參考咨詢服務中的知識產權問題

參考咨詢是圖書館知識服務的重要手段。隨著5G時代的到來，數字參考咨詢服務以其方便快捷的特性被用戶所青睞。但由于其服務模式向多元化發展，不可避免要涉及到譬如合理使用、復制、網絡傳播、鏈接等知識產權問題。區塊鏈綜合運用數據庫技術和加密技術實現每個節點全程透視的存儲在整個數據中，區塊鏈核心技術具備保障版權交易可靠性的功能，能夠解決圖書館在為用戶提供服務過程中遇到的知識產權保護問題。圖書館隸屬于公共服務領域，其經費主要來源于政府撥款，區塊鏈技術利用分布式技術節約管理成本的模式恰巧滿足圖書館經費不足的需求。另一方面，智能合約技術確保了版權交易的不可篡改性。區塊鏈中的知識產權交易是指權利人和作品使用者之間建立的交易關系，雙方按照交易規則形成用于促進、驗證或者執行合約的協商或者履行，或者使合約條款終止與失效的數字形式的計算機協議，并將交易結果公眾于世。該協議自動觸發履行，不可逆、不可改、不可人工干預，具有強制性。[14]區塊鏈限制了知識產權交易中欺詐和隱瞞的行為，拓寬了圖書館為用戶提供知識服務的道路。

4.3 館藏資源安全

圖書館學五定律中第五定律指出：“圖書館是一個生長著的有機體”。[15]作為一個不斷生長的結合體，圖書館的資源日益增加，面對海量的信息資源，圖書館如何避免“文明劫難”的發生呢？可靠的信息存儲環境自然成為圖書館向用戶提供知識服務的根本保障。海量的數字資源到底需要多大的存儲空間呢？我們四舍五入地估計每本電子書的大小約為0.5M，那么一個藏書700萬冊的圖書館需要近3000000M≈2929G≈2T的存儲空間，如何實現安全存儲且完成開放共享呢？區塊鏈采用了非對稱加密算法與P2P點對點分布式存儲相結合的模式確保了數據庫的安全性與靈活性。它把數據資源按照結構差異分成不同的數據區塊，而后以鏈表結構形式將各區塊連接起來，要求各數據節點保持一致，并賦予每個區塊獨立運作的能力，以此激發節點自帶的信息共享功能，最后利用不可篡改性和共識機制實現信息資源的安全可靠共享通道。區塊鏈應用的非對稱加密算法為用戶參與協同合作埋下伏筆，實現數據資源集體維護、共建共享，這種多中心模式包含了云計算的海量存儲和與高性能的計算能力，讓圖書館的服務產生了極大的資源價值，最大限度的提升了用戶資源獲取效率，真正體現了信息的及時性原則。

5 結語

區塊鏈在圖書館界有著廣闊的應用場景。如圖書館可以通過區塊鏈向用戶提供知識發掘服務。用戶在各個平臺的學習行為和過程將被永久的記錄在云服務器中，圖書館可利用這些數據探索用戶的信息行為，發掘用戶潛在需求，制定科學的信息服務策略。如圖書館利用區塊鏈技術提升閱讀推廣績效，實現與用戶全方位交互。在區塊鏈理念的推動下，區塊鏈技術以勢不可擋的趨勢沖擊著圖書館的傳統模式，圖書館須積極構建“區塊鏈+”信息服務平臺，進而提升圖書館信息化服務水平，期待區塊鏈技術給圖書館帶來的更大的變革。